磁気センサ素子とその製造方法及び電子方位計
【課題】小型化しても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子とその製造方法を提供し、更にはその磁気センサ素子を３個直交して配置して３軸磁気センサである電子方位計としても小型低背化となり、携帯情報端末に搭載可能な磁気センサ素子とその製造方法、およびその磁気センサ素子を搭載した電子方位計を提供すること。。
【解決手段】両端に集磁部を、当該両集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、薄膜コイルが、下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する下コイル層と上コイル層とが接続されてコイルを構成するようにした。
【解決手段】両端に集磁部を、当該両集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、薄膜コイルが、下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する下コイル層と上コイル層とが接続されてコイルを構成するようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子とその製造方法およびその磁気センサ素子を搭載した電子方位計に関し、特に磁気センサ素子を３個直交して配置した３軸磁気センサの構成とした電子方位計としても、携帯情報端末に搭載可能な磁気センサ素子とその製造方法、及びその磁気センサ素子を搭載した電子方位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計は、センサなどを用いて電気的に方位を表示できるという特徴を有する。一般的に、複数の磁気センサ素子を配置して電子方位計を構成する。この様に構成された平行フラックスゲート型の磁気センサ素子は、励磁した磁界と平行な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交配置された複数の磁気センサ素子の出力から得られたデータを演算することで、基準に決めた方向からの角度、すなわち方位角を算出することができる。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。
【０００４】
一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型の傾向にあり、その中に搭載される電子デバイスとしては小型低背が求められている。ここで望まれる磁気センサ素子の幅は数ｍｍ程度であり、高さとしては、特に１．５ｍｍ以下が必須であり、好ましくは１．０ｍｍ以下のサイズが求められている。
【０００５】
この様な用途の磁気センサ素子として、一般的に、メッキやスパッタなどの薄膜技術を利用して薄膜磁性コア材を形成した素子を用いて素子サイズを小さくすることが知られている。しかし、平行フラックスゲート型の磁気センサ素子とするときは、コアの保磁力を測定磁界の１／１０程度以下としなくては検出感度が得られないので、例えば、数百ｍＯｅ程度の地磁気を検出するためには、コアの保磁力を３０ｍＯｅ程度とすることが必須となる。それに対して、メッキまたはスパッタリングで得られる薄膜磁性コア材では、その保磁力が１Ｏｅ程度となってしまうので、地磁気の検出は困難となる。したがって、薄膜磁性コア材を用いた磁気センサ素子の構成においては、素子を小型化とすることはできるが、正確な方位角を得ることが困難になる。
【０００６】
この様な問題を解決するために、小型化が可能な短冊状の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１２に従来の磁気センサ素子を示した。本図中（ａ）は、この磁気センサ素子の構成例を示す斜視図を示しており、図中（ｂ）は、この素子のサイズを示した図面であり、図中（ｃ）は、図（ａ）の側面図を示している。
【０００８】
この素子は、磁性コア材としてパーマロイ箔を利用しており、この磁性コア材が貼り付
けられた非磁性基台２の周回をコイルで巻回した構成とし、両端に集磁部８ｂを、その間に感磁部８ａを、そして、非磁性基台２の両端に電極パッド１６を有する構成となっている。そして、磁性コア材長手方向中央部の断面積を端部より小さくして磁束を集中させ、Ｂ−Ｈカーブ上での偏移量を大きくしている。この様に構成すれば、上記特性を備えたとしても、図１２（ｂ）に示す様に、長手方向に３ｍｍ、幅０．３ｍｍ程度のサイズとすることができる。
【０００９】
そして、図示しないが、基台水平面上に２個の上記磁気センサ素子を直交で配置した２軸磁気センサ（電子方位計）は、幅がやや大きくなるものの、高さを１ｍｍ程度とすることができる。よって、この２軸磁気センサを有する電子方位計は、携帯情報端末への搭載が可能となる。
【００１０】
また、磁気センサ素子１ａを一周回させたとき、磁気センサ素子１ａは正弦曲線の出力を示す。９０度直交に配置された２軸磁気センサの２つの出力は９０度位相の異なる出力関係となり、この出力から方位角を算出することができる。この様な平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が磁界に比例した出力を得ることが出来るのは、以下の検出原理による。
【００１１】
まず、磁性コア材に巻回した励磁用コイルに三角波電流を印加する。三角波電流によって生じた三角波状の磁界により、その中の磁性コアはＢ−Ｈカーブに沿って、磁化飽和と反転を繰り返す。この磁化が反転するときにパルス状の出力を発生するため、それを検出用コイルによって検出する。そして、三角波電流の周波数が変わらなければ、外部磁界の大きさに応じてそのパルス位置はシフトする。そのパルス発生の時間変化を検出回路で取り出し、外部磁界の大きさに応じた出力を得ることができるようになる。なお、上述した説明ではコイルは励磁用と検出用に分けて記載したが、１つのコイルで兼用することも可能である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１８４０９８号公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した機能を有する２軸磁気センサである電子方位計を備えた携帯情報端末を傾けた状態（傾斜環境下）で利用者が方位を得ようとした場合に、この電子方位計には以下の問題が生じる。
【００１４】
つまり、携帯情報端末の利用者は、様々な使用方法や持ち方をすることが想定され、その際の電子方位計に内蔵された磁気センサ素子が、水平面に対して傾斜した状態で使用する場合がある。そこでこの様な環境下においては、上記の２軸磁気センサでは正確な方位角を算出することができない。したがって、３つの磁気センサ素子を用意し、これら素子を直交する３軸に対してそれぞれ配置すれば、より正確に方位角を求めることができるようになる。
【００１５】
図１３に特許文献１に記載された磁気センサ素子で３軸磁気センサ素子を構成した電子方位計の一構成例を示す。この様に構成すると、１つの軸の長手方向を水平２軸に配置した磁気センサ素子に対して垂直に配置する必要が生じるため、電子方位計の高さが少なくとも３ｍｍ以上（図１２（ｂ）参照）となってしまう。そのため、この様な構成のままの電子方位計を携帯情報端末に搭載することは要求される低背化の面から好ましくない。
【００１６】
そこで、この従来の磁気センサ素子を更に小型化するために、素子の長手方向を短くすることが考えられる。しかし、単に素子サイズを短くすると、有効な磁束を収束させるこ
とが困難となる。つまり、この形態では、形状効果による反磁界の影響が顕著となり、集磁部８ｂ（図１２（ａ）参照）で集めた磁束が有効に感磁部８ａに収束しなくなるからである。
【００１７】
また、外部の磁束を有効に集めるために、素子の端部の幅（集磁部８ｂの幅）を中央部の幅（感磁部８ａの幅）に比べて大きくすると、非磁性基台２の幅もそれに伴い大きくなってしまう。すると、感磁部８ａを磁気飽和させるために必要な励磁電流が著しく大きくなってしまい、現実的には磁気飽和させることが不可能となる。
【００１８】
さらに、磁気センサ素子の長手方向のサイズを小型化する他の手段として、磁性コア材に密接させてコイルを巻回して、非磁性基台２および磁性コア材８の中央部をくびれ形状に施すことも考えられるが、この非磁性基台２のくびれ形状等の微細加工は非常に困難である。仮に非磁性基台２にくびれ形状を施せたとしても、中央部の幅（感磁部８ａの幅）が０．１ｍｍ以下としなくてはならないため、コイルを巻き回す際に容易にこのコイルが破損してしまう虞がある。
【００１９】
したがって、従来の磁気センサ素子においては、素子の幅を０．３ｍｍ程度とするのが適当であり、それ以上小さくすることは地磁気検出を困難としてしまい好ましくないことが判る。
【００２０】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、小型化しても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子とその製造方法、およびその磁気センサ素子を３個直交して配置して３軸磁気センサの電子方位計としても小型低背化となり、携帯情報端末に搭載可能な電子方位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の磁気センサ素子とその製造方法及び電子方位計は、基本的には下記記載の形態を採用する。
【００２２】
本発明にかかる磁気センサ素子は、両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、薄膜コイルは、下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する下コイル層と上コイル層とがそれぞれ接続されてコイルを構成していることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明にかかる磁気センサ素子は、前述した感磁部の断面積が集磁部の断面積の１／５〜１／３０となる様に構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、本発明にかかる磁気センサ素子は、前述した集磁部が、感磁部に対して厚みを厚くして形成されてなることを特徴とするものである。
【００２５】
またさらに、本発明にかかる磁気センサ素子は、上絶縁層が、所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明にかかる電子方位計は、上述した磁気センサ素子を少なくとも２個以上用いて非磁性基台上に配置されてなることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、両端に集磁部を、その両端の集磁部の間
に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子の製造方法であって、表面が絶縁された非磁性基台上に複数個の下コイル層と接続パッドを形成する工程と、この下コイル層の少なくとも一部を被覆した下絶縁層を形成する工程と、下絶縁層の表面に所定の形状の磁性コア材を配設する工程と、磁性コア材の表面に上絶縁層を形成する工程と、上絶縁層の表面に、下コイル層と接続して、磁性コア材の外周に巻き回してコイルとするための複数個の上コイル層を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、前述した下絶縁層を形成する工程が、下コイル層を全て覆って下絶縁層を形成するとともに、下コイル層と上コイル層との接続をするための開口部を設ける工程であることを特徴とするものである。
【００２９】
さらに、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、前述した下絶縁層を磁性コア材の所定の形状よりも幅広く形成して、この下絶縁層と磁性コア材とにより段差を形成することを特徴とするものである。
【００３０】
またさらに、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、磁性コア材を配設する工程が、磁性コア材の外形形状をエッチングする工程と、磁性コア材の感磁部が形成される領域を集磁部よりも薄くして形成する工程であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、小型化としても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子が得られ、更にその磁気センサ素子を３個配置して３軸磁気センサとした電子方位計を構成しても、小型低背化でき、携帯情報端末に搭載可能な電子方位計を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の磁気センサ素子は、基本的に、軟磁性体からなる磁性コア材と、下コイル層と上コイル層とからなる薄膜コイルとによって構成され、その磁性コア材は、中央部の感磁部と両端部の集磁部とからなる構成を採用したものである。その具体的な構成について、以下の実施例にて詳細に説明をする。
【実施例１】
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の基本構成である磁気センサ素子１ａの概念を示した上部平面図である。図中（ｂ）は、上部平面図における１Ｃ方向から見たときの素子の側面図である。図中（ｃ）は、上部平面図における１Ａ−１Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。また、図中（ｄ）は、上部平面図における１Ｂ−１Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００３４】
ここに示す磁気センサ素子１ａは、図１に示す様に、磁性コア材８と、下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルとによって構成され、その磁性コア材８は、中央部の感磁部８ａと両端部の集磁部８ｂとからなり、感磁部８ａの断面積は集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０となる様に構成されている。その理由に付いては、後述する。
【００３５】
そして、この磁気センサ素子１ａは、表面が絶縁された非磁性基台２上に配置された軟磁性体からなる磁性コア材８と、感磁部８ａの周囲に薄膜コイルが巻き回されて、平行フラックスゲート型の磁気センサ素子を構成している。
【００３６】
さらに、この磁気センサ素子１ａは、図１（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、磁性コア材８の
上面および下面にそれぞれ上絶縁層１０と下絶縁層６とを有し、薄膜コイルは、前述した様に下絶縁層６の下面に形成された複数個の下コイル層４の金属薄膜と、上絶縁層１０の上面に形成された複数個の上コイル層１２の金属薄膜により構成されて、図１（ｂ）（ｃ）の様に、隣接する下コイル層４と上コイル層１２とが接続されてコイルを構成している。
【００３７】
次に本発明の磁気センサ素子１ａの形状について説明をする。
本発明の磁気センサ素子１ａは、上述した様に、磁性コア材８（パーマロイ箔）が下絶縁層６上に形成され、この下絶縁層６と上絶縁層１０とにより絶縁されて、下コイル層４と上コイル層１２とがそれぞれ磁性コア材８に巻き回されて形成されたコイルを有する構成となっている。
【００３８】
そして、この下コイル層４と上コイル層１２とで形成される薄膜コイルに流れる電流をコイルの両端から印加することによって、パーマロイ箔である磁性コア材８の励磁が行われる。ここで、薄膜コイルが磁気センサ素子１ａの中央部（感磁部８ａ）に形成されているのは、その磁性コア材８の励磁が感磁部８ａのみ行われる様にするためである。また、図１（ｃ）における下絶縁層６の厚みは約１５μｍ程度、図１（ｄ）における磁性コア材８と上コイル層１２の間は５μｍ程度とすることができるため、薄膜コイルに流れる励磁電流は、磁性コア材８であるパーマロイ箔に有効に印加される。
【００３９】
また、ある一つの方向に一定の静磁界がある環境下で、磁気センサ素子１ａを一周回させたときの角度に対する磁気センサ素子１ａの出力は、その静磁界と平行に同じ向きにあるときに最大となり、逆向きにあるときに最小の正弦曲線を示すことが理想的な指向性を有する特性であるとされている。そこで、本発明の磁気センサ素子１ａでは、集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／１７とし、素子の指向性が劣化することなく、小型化においても十分に磁界（地磁気）を検出することができるようになる。
【００４０】
例えば、感磁部８ａのＸ方向の幅を６０μｍ、集磁部８ｂのＸ方向の幅を２０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／３５程度にすると、検出したい磁気センサ素子１ａがＹ方向以外からの磁界を拾ってしまい、指向性が劣化してしまう。更に、サイズ的にもＸ方向の専有面積が大きくなり、磁気センサ素子１ａの小型化の点で不利となる。それに対して、感磁部８ａを集磁部８ｂの断面積に対して１／３０よりも大きくすると、上述したＹ方向以外からの磁界を拾い難くなり、指向性の低下を極力抑えることが出来るようになる。
【００４１】
また、感磁部８ａのＸ方向の幅を６０μｍ、集磁部８ｂのＸ方向の幅を１８０μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／３程度にすると、磁界を検出するのに必要な磁束が感磁部８ａに流入しなくなる。それに対して、感磁部８ａを集磁部８ｂの断面積に対して１／５より小さくすることで、検出したい磁束が正常に感磁部８ａに流れるようになる。
【００４２】
以上の事項から、本発明における磁気センサ素子１ａの感磁部８ａの断面積は、集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０程度に設定することが好ましいことが判る。
【００４３】
この様に、本発明の構成によれば、集磁部８ｂに対して感磁部８ａは１／１７のサイズに設計され、集磁部８ｂが１０００μｍ程度の大きさとなっているため、地磁気程度の磁界を有効に集磁部８ｂで集め、感磁部８ａに収束することができるようになる。したがって、本発明の磁気センサ素子１ａは、小型でありながら地磁気を検出するのに十分な感度を得ることが可能となる。
【００４４】
また、本発明の構成によれば、コイルが下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルによって構成されており、従来の巻線方式とは異なる形態を有している。これにより、特に集磁部８ｂを幅広にした構成においても磁性コア材８を有効に励磁することができ、素子を小型化しても地磁気検出を実現することが可能となる。
【００４５】
更に、本発明の構成によれば、磁性コア材８として薄膜プロセスによるスパッタ、メッキで作成されたものではなく、パーマロイ箔を利用しており、小型化での地磁気検出を行うのに適した磁気特性を有するものとなる。
【００４６】
次に本発明の電子方位計について図面を用いて説明を行う。
図２は、本発明の磁気センサ素子１ａを３個用い、エポキシ基台３０上に実装して配置したときの概念を示した図面である。
【００４７】
図２に示す通り、本発明の電子方位計２０ａは、ｘ軸磁気センサ素子２４、ｙ軸磁気センサ素子２６、ｚ軸磁気センサ素子２８、これら磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ２２から構成される。各ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸磁気センサ素子２４，２６，２８は互いに９０度直交に配置されており、これらの出力を基に方位を演算することが可能となる。
【００４８】
そして、図示はしないが、各磁気センサ素子１ａの保護をするための樹脂を被せ、更に、これらの素子を載せたエポキシ基台３０に磁気センサ用ＩＣ２２を駆動するための電源端子、磁気センサ素子１ａで検出した磁界を出力するための出力端子などを構成することで、電子方位計２０ａのパッケージを得ることができる。この電子方位計２０ａは、ｚ軸磁気センサ素子２８の高さが７００μｍであるため、エポキシ基台３０の厚みを３００μｍ以下にすることによって、地磁気の検出が可能であり、かつ電子方位計２０ａの高さを１ｍｍ以下のサイズとすることが可能となる。
【００４９】
この様に、本発明の磁気センサ素子１ａを３個用いた電子方位計２０ａを構成することにより、この電子方位計２０ａを小型低背化でき、携帯情報端末に搭載が可能となる。
【００５０】
次に本発明の磁気センサ素子１ａの製造方法について図３を用いて詳細に説明を行う。
【００５１】
まず、シリコンウェハーの表面が約０．２μｍの酸化膜を有する非磁性基台２を用い、更にその表面に下コイル層４及び電極パッド１６となるＣｕ膜を所定の厚さでスパッタ或いはメッキにより非磁性基台２全面に形成する。
【００５２】
次に、下コイル層４と電極パッド１６として残す部位をレジストで覆い、レジストで覆われていない箇所をエッチングによって除去し、図３（ａ）に示す様に、所望の形状の下コイル層４と電極パッド１６を形成する。図中には簡易的に数ターンの薄膜コイルが示されているが、薄膜コイルの厚さは約２μｍ、幅５μｍ、ターン数は５０ターンとしている。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示す様に、下絶縁層６となる耐熱性が１５０℃程度であるエポキシ系接着シート材を、全面を覆って非磁性基台２の表面に貼り付ける。なお、本図面においては、図３（ａ）に示した下コイル層４と電極パッド１６が、ともに下絶縁層６によって被覆された状態を示したので、本図面には下コイル層４と電極パッド１６は示されていない。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に示す様に、磁性コア材８であるパーマロイ箔をこの下絶縁層６上に載せ、約１．５ＭＰａの圧力で押さえつけながら約１５０℃、３０分加圧接着を施す。こ
のパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔として、水素雰囲気１１００℃に磁気焼鈍された厚さ１０μｍの箔を用いている。
【００５５】
なお、この磁性コア材８のパターン化（図１（ａ）に示したＨ型の形状）は、下コイル層４形成と同じように、パターンをレジストで覆った後、塩酸、硝酸、過酸化水素系のエッチング液で所定の形状にパターン形成して得る。この様にして形成された磁性コア材８の全体サイズは、Ｙ方向の幅（図１（ａ）参照）を７００μｍ、Ｘ方向の幅を１０００μｍで、中央の感磁部８ａにおけるＹ方向の幅を４００μｍ、Ｘ方向の幅を６０μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＹ方向の幅を１５０μｍ、Ｘ方向の幅を１０００μｍとしている。
【００５６】
更に、続けて図３（ｄ）に示す様に、下絶縁層６である接着シート材を酸素プラズマによりアッシング除去し、下絶縁層６もパーマロイ箔と同じ形状にパターン化する。これにより下コイル層４の端部は、上コイル層１２と接続するために開口する。
【００５７】
次に、上絶縁層１０形成のためのネガ型厚膜レジストを非磁性基台２の表面全面に均一になるようにスピンコートする。なお、このレジストの厚みは２０μｍを超えて形成されるため、一度にこのレジストを均一に塗布することは難しい。そのため、同一のレジスト材を２回に分けて塗布し、レジストの厚みが約２５μｍとなるように調整して設ける。続けて、下絶縁層６と磁性コア材８が覆われた上絶縁層１０を台形状にパターン化（図１（ｃ）（ｄ）参照）して、図４（ａ）に示す構造体を得ることができる。
【００５８】
更に、図４（ｂ）に示す様に、下コイル層４と接続をして磁性コア材８の外周に巻き回されたコイルを形成するために、上コイル層１２を形成する。ここでは、段差のエッジ部での配線切れの虞があるため、スパッタ装置の試料台には、自公転する機構があるものを用い、段差部にも上コイル層１２となる金属材料が成膜できる様にする。
【００５９】
まず、ターゲットと対向した試料保持用の治具に非磁性基台２のウェハーを取り付け、スパッタ膜が段差のエッジ部にも周り込む様に、ウェハー全面に数μｍのスパッタ膜を成膜する。次に上コイル層１２のパターンをフォトリソエッチング工程によって図４（ｂ）の構造体を得る。なお、上コイル層１２のパターン形成では、立体面上に均一にレジストをスプレー塗布し、投影露光によってパターンを得る方式を採用した。
【００６０】
ここで得られた構造体は、図１（ｂ）に示した通り、上コイル層１２が、下コイル層４と配線の端部で接続されており、段差エッジ部での配線切れが懸念されるが、上記の方法では自公転機構のスパッタ装置を利用することで、配線パターンを段差エッジ部にも容易に形成することが可能となる。
【００６１】
最後に、図４（ｃ）に示す様に、素子を保護するための保護層１４を形成し、本発明の磁気センサ素子１ａが完成する。なお、保護層１４には接続パッド１６の部分を開口しておくようにする。そして、他の電子回路にこの平行フラックスゲート型の磁気センサ素子１ａを実装して、前述した電子方位計２０ａ（図２参照）とすることができる。
【００６２】
以上の説明の如く、従来技術では、非磁性基台２の周回をコイルで巻回するマクロ的な作成方法であるのに対して、本発明では、磁性コア材８であるパーマロイ箔を非磁性基台２に貼り付けるマクロな作成プロセスと、このパーマロイ箔を貼り付けた非磁性基台２に薄膜コイルを作成するミクロな作成プロセスを併用した方法を適用した例を示した。そして、上記した本発明の製造方法を採用することによって、先に示した小型の磁気センサ素子１ａを製造することができ、それを複数個配置することで、携帯情報端末に搭載可能なサイズの電子方位計２０ａを提供することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明の第２の実施例について説明を行う。
図５（ａ）は、本発明の実施例２における磁気センサ素子１ｂの概念を示した上部平面図であり、同図（ｂ）は、この磁気センサ素子１ｂを２Ｃ方向から見たときの側面図である。また、同図（ｃ）は、上部平面図の２Ａ−２Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。さらに、同図（ｄ）は、上部平面図の２Ｂ−２Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００６４】
なお、本発明の磁気センサ素子１ｂは、実施例１と同様に、軟磁性体からなる磁性コア材８と、その外周に巻き回された下コイル層４と上コイル層１２とにより構成される薄膜コイルとによって基本的に構成されているが、図５（ｂ）に示す様に、集磁部８ｂの厚さが感磁部８ａの厚さよりも厚く構成されている点と、図５（ｃ）に示す様に、下絶縁層６が磁性コア材８よりもＸ方向に広く形成されている点が、先の実施例とは異なる。他の構成要件は、実施例１と同じであるので、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００６５】
上述した様に、感磁部８ａの厚さに対して集磁部８ｂの厚さを厚くすることで、先に示した実施例１の効果に加えて、より小型な磁気センサ素子１ｂとすることができる。つまり、この素子が感磁部８ａにてセンシングするのは、感磁部８ａの断面積に起因し、集磁部８ｂの断面積は特に影響しないからであり、本構成であっても十分に磁気センサ素子として機能する。
【００６６】
この様に、厚さを変えて、集磁部８ｂの断面積を感磁部８ａの断面積よりも大きく構成することで、先に実施例１に示した構成に比べて、図４に示す磁気センサ素子１ｂのＸ方向をより小型にできる。
【００６７】
さらに、下絶縁層６のＸ方向のサイズを磁性コア材８よりも大きく形成することで、下コイル層４と接続をし、かつ下絶縁層６と磁性コア材８へ乗り上げる、上コイル層１２の段差部における断線を極力抑えることができる様になる。
【００６８】
この様に、上記構成では、集磁部８ｂを感磁部８ａに比べて厚みを大きくしているが、実施例１と同様に、集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積が１／１７に設計されているので、磁界検出における指向性は劣化することなく、素子サイズを小型化したとしても、十分に磁界（地磁気）を検出することができるようになる。
【００６９】
なお、本実施例の場合も、磁気センサ素子１ｂの感磁部８ａは、集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０程度になるように設計する必要がある。
【００７０】
次に、本発明の磁気センサ素子１ｂの製造方法について図６を用いて詳細に説明を行う。
【００７１】
まず、図６（ａ）図６（ｂ）に示す様に、非磁性基台２には、実施例１と同じ様に下コイル層４と電極パッド１６及び下絶縁層６の形成する。また、下絶縁層６の表面への磁性コア材８の貼り付けも、図６（ｃ）に示す様に、実施例１と同様に行う。ここで用いる磁性コア材８は、実施例１と同様にパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔であるが、水素雰囲気１１００℃に磁気焼鈍された厚さ２０μｍの箔を用いている。
【００７２】
さらに、図６（ｄ）に示すパーマロイ箔のパターン化（感磁部８ａの厚みを集磁部８ｂの厚みよりも薄くする方法）は、２回のエッチング処理により形成する。まず、Ｘ方向（図５（ａ）参照）の幅が７００μｍ、Ｙ方向の幅が５００μｍであり、中央の感磁部８ａにおけるＸ方向の幅が４００μｍ、Ｙ方向の幅が６０μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＸ
方向の幅が１５０μｍ、Ｙ方向の幅が５００μｍとなる様に、塩酸、硝酸、過酸化水素系のエッチング液で、パーマロイ箔の外形を図５（ａ）に示す形状にパターン形成する。
【００７３】
次に、マスクとして用いたレジストを剥離した後、感磁部８ａのみが開口するように再度磁性コア材８の表面をレジストで覆い、感磁部８ａをエッチングする第二のエッチング処理を行い、この感磁部８ａの厚みが１０μｍとなる様にパターン形成する。なお、前述した手法のみならず、感磁部８ａの厚みを集磁部８ｂの厚みよりも薄くする方法として、段差レジスト予め形成して、感磁部８ａと集磁部８ｂのエッチング開始の時間差を生じさせて、目的の形状の磁性コア材８を形成する手法を用いても構わない。
【００７４】
次に、下絶縁層６の外形パターンを形成する。下絶縁層６は、実施例１においては磁性コア材８の外形と同じになるようにパターンを形成したが、ここでは、磁性コア材８の外形パターンより若干大きく、また下コイル層４と後に形成する上コイル層１２の接続部が開口する様に下絶縁層６のパターンを形成する。
【００７５】
具体的には、磁性コア材８が覆われ、かつ上コイル層１２と下コイル層４とが接続する箇所のみが開口する様に、まずマスクとなるレジストを非磁性基台２表面に形成する。次に、酸素プラズマによるアッシング除去を行うことで、図７の（ａ）に示す下絶縁層６を得る。なおこの工程で、下絶縁層６が、磁性コア材８よりも大きく、かつ下コイル４が形成された領域を全て覆う形態である場合には、下コイル４を露出させる必要がある箇所のみに、開口部を設けても構わない。
【００７６】
更に図７（ｂ）に示す様に、ポジ型のレジストを用いて、磁性コア材８が全て覆われる様に上絶縁層１０を形成する。このとき、上絶縁層１０の段差は２０μｍ程度となる。また、下絶縁層６を図５（ｃ）（ｄ）に示した形状にして段差部を階段状にすることができ、これにより、上述した様にこれに乗り上げて形成される上コイル層１２の断線、または磁性コア材８と上コイル層１２とのショートを極力抑えることができる様になる。
【００７７】
そして、図７（ｃ）に示す様に、上コイル層１２を実施例１と同様に形成する。その形成方法は、実施例１で説明をしたスパッタとエッチングを組み合わせた方法により行っても良いし、フレームメッキ法を利用しても良い。以下の説明はフレームメッキ法による上コイル層１２の形成方法を示す。
【００７８】
まず、メッキの下地電極となるＣｕ膜を図７（ｂ）に示す構造体の表面全面に数百Åから数千Å程度スパッタリング法により形成する。そして、ここで行われる上コイル層１２の配線パターニングは、段差部を含めて高低差が２０μｍを超えてしまうため、上コイル層１２の配線の幅を揃えることが難しい。そこで、ここでは厚膜のエポキシ系レジスト材料を用いてパターニングを行う手法を採用した。なお、フォトリソ工程にて露光するときに、マスクとのコンタクトができるだけ全面均一となることが好ましく、段差部を緩和し、かつ空気溜まりを生じない様に均一にレジストを塗布することが肝要である。
【００７９】
この空気溜まりが生じさせないためには、レジスト材料の溶剤となる有機溶媒を表面に薄くなじませた後に、レジストを塗布すれば良い。そして、基板表面の全面に設けられたＣｕ膜から上コイル層１２の配線パターンを形成した後、電解Ｃｕメッキを施して、約２μｍの厚さになるようにコントロールして形成する。その後、残存させるパターン以外の下地共通電極（電解メッキで用いた電極）をエッチングにより除去し、図７（ｃ）に示した構造体を得ることができる。
【００８０】
上記工程を経て、磁性コア材８が下絶縁層６と上絶縁層１０とを介して、上コイル層１２と下コイル層４とで挟まれた形態となる。なお、前述した通り、下絶縁層６を磁性コア
材８よりも大きく形成しているので、上絶縁層１０の端部は、傾斜勾配を有する構成となり、これら一連のプロセスにおいて上コイル層１２の配線が断線してしまうことを抑止することができる。
【００８１】
最後に、図７（ｄ）に示す様に、素子を保護するために保護膜１４を形成して、磁気センサ素子１ｂが完成する。なお、実施例１と同様に、保護層１４は接続パッド１６の部分を開口しておくようにする。これにより電子方位計２０ａ（図２参照）として他の回路基板に実装して、携帯情報端末に搭載することが出来るようになる。
【実施例３】
【００８２】
次に、本発明の第３の実施例について説明を行う。
図８（ａ）は、本発明の実施例３における磁気センサ素子３ｃの概念を示した上部平面図であり、同図（ｂ）は、上部平面図を３Ｃ方向から見たときの側面図である。また、同図（ｃ）は、上部平面図の３Ａ−３Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。さらに、同図（ｄ）は、上部平面図の３Ｂ−３Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００８３】
なお、本図面に示す本発明の磁気センサ素子１ｃは、実施例１及び２と同様、磁性コア材８と、その外周に巻き回された下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルによって基本的に構成されている。そして、図８（ｂ）に示す下絶縁層６に、実施例１で用いたエポキシ系接着シート材に代えて、耐熱性が３００℃程度のポリイミド等の有機絶縁コート層を用いている点のみが、先の実施例と異なっている。
【００８４】
上記構成要件を実施例１に示した構成例に新たに加えることで、下絶縁層６の厚みを薄くできる。そのため、上絶縁層１０により形成される段差部をさらに小さくすることが出来るようになる。したがって、本構成を採用することにより、より容易に上コイル層１２のパターン化ができる様になる。また、磁性コア材８と薄膜コイルとのギャップをより狭くできるために、薄膜コイルに流れる電流をより有効に励磁に利用することができる。
【００８５】
また、図８（ｃ）（ｄ）により、下絶縁層６の厚み、及びパーマロイ箔からなる磁性コア材８と上コイル層１２との間も数μｍ程度とすることができるため、薄膜コイルに流れる励磁電流は、より有効に磁性コア材８であるパーマロイ箔に印加することができる。よって、薄膜コイルのターン数の減少、或いは励磁電流を更に少なくすることができ、実施例１の効果に併せて、消費電流を更に少なくできるという効果を奏する。
【００８６】
次に本発明の電子方位計２０ｂについて図面を用いて説明を行う。
図９は、本発明の磁気センサ素子１ｃを２個用い、エポキシ基台３０上に実装した２軸磁気センサである電子方位計２０ｂの概念を示した斜視図である。
【００８７】
図２で示した３軸磁気センサである電子方位計２０ａに代えて、本図面に示す電子方位計２０ｂは、ｘ軸磁気センサ素子２４、ｙ軸磁気センサ素子２６、これら磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ２２から構成される。ｘ軸、ｙ軸磁気センサ素子２４，２６のそれぞれは、互いに９０度直交に配置されており、これらの出力を基に方位を演算することが可能となっている。
【００８８】
また、ここでは図示しないが、この図９で示される構成に、各磁気センサ素子１ｃの保護をするための樹脂を被せ、更にこれらの素子を載せたエポキシ基台３０に磁気センサ用ＩＣ２２を駆動するための電源端子、磁気センサ素子１ｃで検出した磁界を出力するための出力端子などを構成することで、電子方位計２０ｂのパッケージを得ることができる。この電子方位計２０ｂは、ｘ、ｙ軸磁気センサ素子２４，２６の大きさが１ｍｍ角程度で
あるため、平面での占有面積を従来のものよりも小さくすることができる。
【００８９】
次に、本発明の磁気センサ素子１ｃの製造方法について図１０を用いて詳細に説明を行う。
【００９０】
まず、図１０（ａ）に示す様に、非磁性基台２上に設ける下コイル層４及び電極パッド１６の形成を、実施例１及び２と同様に行う。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）に示す様に、下絶縁層６となるポリイミドを表面が均一になるようにスピンコートする。そして、図１０（ｃ）に示す様に、ポリイミド材中の溶剤を蒸発させた後、パーマロイ箔を上に載せ、約１．５ＭＰａの圧力で押さえつけながら約３００℃、３０分加圧接着し、図１０（ｄ）に示す様に、エッチングにより所定の形状の磁性コア材８を得る。なおここで用いた磁性コア材８は、実施例１と同様にパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔である。
【００９２】
その後の工程も、実施例１及び２と同様であり、図１１（ａ）に示す様に、上絶縁層１０、図１１（ｂ）に示す様に、上コイル層１２、図１１（ｃ）に示す様に、保護層１４をそれぞれ形成し、本発明の磁気センサ素子１ｃを得ることができる。
【００９３】
なお、実施例１から３に示した本発明の磁気センサ素子１ａ〜１ｃにおける感磁部８ａのＸ方向の幅は、６０μｍでなくとも良く、６０μｍからプラスマイナス数十μｍ程度であれば任意の値に設定することが可能である。但し、この幅を大きくした場合には、この磁気センサ素子により得られる検出パルスも大きくなるため、それに適した回路の最適化をする必要がある。
【００９４】
また、先にも示した様に、感磁部８ａのＸ方向の幅は、集磁部８ｂの幅に対して１／３０〜１／５となる様に設定することが重要である。これは、指向性が劣化することなく、かつ十分に集磁部８ｂで外部の磁界を吸い上げて感磁部８ａに磁束を集めるためである。
【００９５】
さらに、先の実施例では、感磁部８ａの厚みを１０μｍとした例を示したが、この感磁部８ａの厚みはできるだけ薄い方が好ましい。但し、あまりに薄くし過ぎると、取り扱いをする際に、折り曲げなどによる加工歪みが発生しやすく、磁気特性が劣化してしまう虞がある。一方、感磁部８ａ厚くしすぎると、励磁周波数の表皮厚さよりも厚みが厚くなり、急峻な磁化反転が起こりにくくなる。よって、感磁部８ａの厚みによって検出能力が低下してしまう虞があるため、励磁するための電流設定値に基づき、感磁部８ａの透磁率が低下しない適切な厚みと励磁周波数を選択して形成すれば良い。
【００９６】
またさらに、上記の実施例においては、説明を簡便とする為に図１、図５、図８のＣ方向から見た場合に、薄膜コイルの配線パターンが上コイル層１２と下コイル層４でずれている形態を示して説明を行ったが、それに限定されるものではない。この構成で薄膜コイルのパターンを形成すると、感磁部８ａに施せる薄膜コイルのターン数が減少してしまい、実際に小型の磁気センサ素子１ａ〜１ｃを構成する上で好ましくない。したがって、この様な問題は、薄膜コイルの配線や接続部のパターンを変えることによって、容易にずれ量を縮小することが可能となる。またそのために、上コイル層１２を下コイル層４と多少斜めに配線パターンを形成することによって、上記問題を解消することも可能である。
【００９７】
またさらに、本発明の磁気センサ素子の１ａ〜１ｃでは、電極パッド１６を下コイル層４と同じ平面上に形成した例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、上コイル層１２と同じ平面上で、かつ集磁部８ｂの上に積層されて、上絶縁層１０上に形成しても構わない。
【００９８】
またさらに、説明を分かりやすくするために、各図面において接続パッド１６を大きくして明記したが、後の実装が行える様なサイズであれば、より小さくすることも可能である。これにより、Ｘ方向の磁気センサ素子１ａ〜１ｃのサイズを更に小さくすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の基本構成における磁気センサ素子の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における１Ａ−１Ａ断面図、上部平面図における１Ｂ−１Ｂ断面図を示した図面である。（実施例１）
【図２】本発明の電子方位計の概念を示した斜視図である。（実施例１）
【図３】本発明の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例１）
【図４】図３の続きの工程を示す図面である。（実施例１）
【図５】本発明の磁気センサ素子の他の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における２Ａ−２Ａ断面図、上部平面図における２Ｂ−２Ｂ断面図を示した図面である。（実施例２）
【図６】本発明の他の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例２）
【図７】図６の続きの工程を示す図面である。（実施例２）
【図８】本発明の磁気センサ素子のさらに他の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における３Ａ−３Ａ断面図、上部平面図における３Ｂ−３Ｂ断面図を示した図面である。（実施例３）
【図９】本発明の電子方位計の概念を示した斜視図である。（実施例３）
【図１０】本発明のさらに他の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例３）
【図１１】図１０の続きの工程を示す図面である。（実施例３）
【図１２】従来の磁気センサ素子の概念を示した図である。
【図１３】従来の電子方位計の概念を示した図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ａ〜１ｃ 磁気センサ素子
２ 非磁性基台
４ 下コイル層
６ 下絶縁層
８ 磁性コア材
８ａ 感磁部
８ｂ 集磁部
１０ 上絶縁層
１２ 上コイル層
１４ 保護膜
１６ 電極パッド
２０ａ〜２０ｂ 電子方位計
２２ 磁気センサ用ＩＣ
２４ ｘ軸磁気センサ素子
２６ ｙ軸磁気センサ素子
２８ ｚ軸磁気センサ素子
３０ エポキシ基台
【技術分野】
【０００１】
本発明は、小型の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子とその製造方法およびその磁気センサ素子を搭載した電子方位計に関し、特に磁気センサ素子を３個直交して配置した３軸磁気センサの構成とした電子方位計としても、携帯情報端末に搭載可能な磁気センサ素子とその製造方法、及びその磁気センサ素子を搭載した電子方位計に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子方位計は、センサなどを用いて電気的に方位を表示できるという特徴を有する。一般的に、複数の磁気センサ素子を配置して電子方位計を構成する。この様に構成された平行フラックスゲート型の磁気センサ素子は、励磁した磁界と平行な磁界に対して線形な出力を示す。よって、直交配置された複数の磁気センサ素子の出力から得られたデータを演算することで、基準に決めた方向からの角度、すなわち方位角を算出することができる。この方位角から得られた方位は、アナログ、デジタルの電気信号として処理できるため、携帯電話、ＰＤＡといった携帯情報端末や腕時計、車両用方位計であるカーナビゲーション装置、航空機の姿勢検出、視覚障害者向け、ゲーム機といった様々な電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
特に近年、ＧＰＳ等を利用した携帯情報端末向けの位置情報提供サービスが始まっている。このサービスによれば、利用者は現在の位置情報を端末上の画面を見ながらにして判るようになっている。この端末に電子方位計を組み合わせることで、利用者が今どの方位を向いているのか、或いは歩行中であるならばどこに向かおうとしているのかが判る。この位置情報と電子方位計に関する情報提供サービスは、今後多くの産業界に新しいビジネスを生み出すものと考えられ、また利用者に有益な情報をもたらす。
【０００４】
一方、上述した携帯情報端末は、小型薄型の傾向にあり、その中に搭載される電子デバイスとしては小型低背が求められている。ここで望まれる磁気センサ素子の幅は数ｍｍ程度であり、高さとしては、特に１．５ｍｍ以下が必須であり、好ましくは１．０ｍｍ以下のサイズが求められている。
【０００５】
この様な用途の磁気センサ素子として、一般的に、メッキやスパッタなどの薄膜技術を利用して薄膜磁性コア材を形成した素子を用いて素子サイズを小さくすることが知られている。しかし、平行フラックスゲート型の磁気センサ素子とするときは、コアの保磁力を測定磁界の１／１０程度以下としなくては検出感度が得られないので、例えば、数百ｍＯｅ程度の地磁気を検出するためには、コアの保磁力を３０ｍＯｅ程度とすることが必須となる。それに対して、メッキまたはスパッタリングで得られる薄膜磁性コア材では、その保磁力が１Ｏｅ程度となってしまうので、地磁気の検出は困難となる。したがって、薄膜磁性コア材を用いた磁気センサ素子の構成においては、素子を小型化とすることはできるが、正確な方位角を得ることが困難になる。
【０００６】
この様な問題を解決するために、小型化が可能な短冊状の平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図１２に従来の磁気センサ素子を示した。本図中（ａ）は、この磁気センサ素子の構成例を示す斜視図を示しており、図中（ｂ）は、この素子のサイズを示した図面であり、図中（ｃ）は、図（ａ）の側面図を示している。
【０００８】
この素子は、磁性コア材としてパーマロイ箔を利用しており、この磁性コア材が貼り付
けられた非磁性基台２の周回をコイルで巻回した構成とし、両端に集磁部８ｂを、その間に感磁部８ａを、そして、非磁性基台２の両端に電極パッド１６を有する構成となっている。そして、磁性コア材長手方向中央部の断面積を端部より小さくして磁束を集中させ、Ｂ−Ｈカーブ上での偏移量を大きくしている。この様に構成すれば、上記特性を備えたとしても、図１２（ｂ）に示す様に、長手方向に３ｍｍ、幅０．３ｍｍ程度のサイズとすることができる。
【０００９】
そして、図示しないが、基台水平面上に２個の上記磁気センサ素子を直交で配置した２軸磁気センサ（電子方位計）は、幅がやや大きくなるものの、高さを１ｍｍ程度とすることができる。よって、この２軸磁気センサを有する電子方位計は、携帯情報端末への搭載が可能となる。
【００１０】
また、磁気センサ素子１ａを一周回させたとき、磁気センサ素子１ａは正弦曲線の出力を示す。９０度直交に配置された２軸磁気センサの２つの出力は９０度位相の異なる出力関係となり、この出力から方位角を算出することができる。この様な平行フラックスゲート型の磁気センサ素子が磁界に比例した出力を得ることが出来るのは、以下の検出原理による。
【００１１】
まず、磁性コア材に巻回した励磁用コイルに三角波電流を印加する。三角波電流によって生じた三角波状の磁界により、その中の磁性コアはＢ−Ｈカーブに沿って、磁化飽和と反転を繰り返す。この磁化が反転するときにパルス状の出力を発生するため、それを検出用コイルによって検出する。そして、三角波電流の周波数が変わらなければ、外部磁界の大きさに応じてそのパルス位置はシフトする。そのパルス発生の時間変化を検出回路で取り出し、外部磁界の大きさに応じた出力を得ることができるようになる。なお、上述した説明ではコイルは励磁用と検出用に分けて記載したが、１つのコイルで兼用することも可能である。
【００１２】
【特許文献１】特開２００４−１８４０９８号公報（第６頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上述した機能を有する２軸磁気センサである電子方位計を備えた携帯情報端末を傾けた状態（傾斜環境下）で利用者が方位を得ようとした場合に、この電子方位計には以下の問題が生じる。
【００１４】
つまり、携帯情報端末の利用者は、様々な使用方法や持ち方をすることが想定され、その際の電子方位計に内蔵された磁気センサ素子が、水平面に対して傾斜した状態で使用する場合がある。そこでこの様な環境下においては、上記の２軸磁気センサでは正確な方位角を算出することができない。したがって、３つの磁気センサ素子を用意し、これら素子を直交する３軸に対してそれぞれ配置すれば、より正確に方位角を求めることができるようになる。
【００１５】
図１３に特許文献１に記載された磁気センサ素子で３軸磁気センサ素子を構成した電子方位計の一構成例を示す。この様に構成すると、１つの軸の長手方向を水平２軸に配置した磁気センサ素子に対して垂直に配置する必要が生じるため、電子方位計の高さが少なくとも３ｍｍ以上（図１２（ｂ）参照）となってしまう。そのため、この様な構成のままの電子方位計を携帯情報端末に搭載することは要求される低背化の面から好ましくない。
【００１６】
そこで、この従来の磁気センサ素子を更に小型化するために、素子の長手方向を短くすることが考えられる。しかし、単に素子サイズを短くすると、有効な磁束を収束させるこ
とが困難となる。つまり、この形態では、形状効果による反磁界の影響が顕著となり、集磁部８ｂ（図１２（ａ）参照）で集めた磁束が有効に感磁部８ａに収束しなくなるからである。
【００１７】
また、外部の磁束を有効に集めるために、素子の端部の幅（集磁部８ｂの幅）を中央部の幅（感磁部８ａの幅）に比べて大きくすると、非磁性基台２の幅もそれに伴い大きくなってしまう。すると、感磁部８ａを磁気飽和させるために必要な励磁電流が著しく大きくなってしまい、現実的には磁気飽和させることが不可能となる。
【００１８】
さらに、磁気センサ素子の長手方向のサイズを小型化する他の手段として、磁性コア材に密接させてコイルを巻回して、非磁性基台２および磁性コア材８の中央部をくびれ形状に施すことも考えられるが、この非磁性基台２のくびれ形状等の微細加工は非常に困難である。仮に非磁性基台２にくびれ形状を施せたとしても、中央部の幅（感磁部８ａの幅）が０．１ｍｍ以下としなくてはならないため、コイルを巻き回す際に容易にこのコイルが破損してしまう虞がある。
【００１９】
したがって、従来の磁気センサ素子においては、素子の幅を０．３ｍｍ程度とするのが適当であり、それ以上小さくすることは地磁気検出を困難としてしまい好ましくないことが判る。
【００２０】
そこで本発明は上記問題点に鑑み、小型化しても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子とその製造方法、およびその磁気センサ素子を３個直交して配置して３軸磁気センサの電子方位計としても小型低背化となり、携帯情報端末に搭載可能な電子方位計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するために、本発明の磁気センサ素子とその製造方法及び電子方位計は、基本的には下記記載の形態を採用する。
【００２２】
本発明にかかる磁気センサ素子は、両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、薄膜コイルは、下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する下コイル層と上コイル層とがそれぞれ接続されてコイルを構成していることを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明にかかる磁気センサ素子は、前述した感磁部の断面積が集磁部の断面積の１／５〜１／３０となる様に構成されていることを特徴とするものである。
【００２４】
さらに、本発明にかかる磁気センサ素子は、前述した集磁部が、感磁部に対して厚みを厚くして形成されてなることを特徴とするものである。
【００２５】
またさらに、本発明にかかる磁気センサ素子は、上絶縁層が、所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とするものである。
【００２６】
本発明にかかる電子方位計は、上述した磁気センサ素子を少なくとも２個以上用いて非磁性基台上に配置されてなることを特徴とするものである。
【００２７】
本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、両端に集磁部を、その両端の集磁部の間
に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子の製造方法であって、表面が絶縁された非磁性基台上に複数個の下コイル層と接続パッドを形成する工程と、この下コイル層の少なくとも一部を被覆した下絶縁層を形成する工程と、下絶縁層の表面に所定の形状の磁性コア材を配設する工程と、磁性コア材の表面に上絶縁層を形成する工程と、上絶縁層の表面に、下コイル層と接続して、磁性コア材の外周に巻き回してコイルとするための複数個の上コイル層を形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、前述した下絶縁層を形成する工程が、下コイル層を全て覆って下絶縁層を形成するとともに、下コイル層と上コイル層との接続をするための開口部を設ける工程であることを特徴とするものである。
【００２９】
さらに、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、前述した下絶縁層を磁性コア材の所定の形状よりも幅広く形成して、この下絶縁層と磁性コア材とにより段差を形成することを特徴とするものである。
【００３０】
またさらに、本発明にかかる磁気センサ素子の製造方法は、磁性コア材を配設する工程が、磁性コア材の外形形状をエッチングする工程と、磁性コア材の感磁部が形成される領域を集磁部よりも薄くして形成する工程であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、小型化としても地磁気の検出が可能な磁気センサ素子が得られ、更にその磁気センサ素子を３個配置して３軸磁気センサとした電子方位計を構成しても、小型低背化でき、携帯情報端末に搭載可能な電子方位計を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の磁気センサ素子は、基本的に、軟磁性体からなる磁性コア材と、下コイル層と上コイル層とからなる薄膜コイルとによって構成され、その磁性コア材は、中央部の感磁部と両端部の集磁部とからなる構成を採用したものである。その具体的な構成について、以下の実施例にて詳細に説明をする。
【実施例１】
【００３３】
図１（ａ）は、本発明の基本構成である磁気センサ素子１ａの概念を示した上部平面図である。図中（ｂ）は、上部平面図における１Ｃ方向から見たときの素子の側面図である。図中（ｃ）は、上部平面図における１Ａ−１Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。また、図中（ｄ）は、上部平面図における１Ｂ−１Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００３４】
ここに示す磁気センサ素子１ａは、図１に示す様に、磁性コア材８と、下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルとによって構成され、その磁性コア材８は、中央部の感磁部８ａと両端部の集磁部８ｂとからなり、感磁部８ａの断面積は集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０となる様に構成されている。その理由に付いては、後述する。
【００３５】
そして、この磁気センサ素子１ａは、表面が絶縁された非磁性基台２上に配置された軟磁性体からなる磁性コア材８と、感磁部８ａの周囲に薄膜コイルが巻き回されて、平行フラックスゲート型の磁気センサ素子を構成している。
【００３６】
さらに、この磁気センサ素子１ａは、図１（ｂ）〜（ｄ）に示す様に、磁性コア材８の
上面および下面にそれぞれ上絶縁層１０と下絶縁層６とを有し、薄膜コイルは、前述した様に下絶縁層６の下面に形成された複数個の下コイル層４の金属薄膜と、上絶縁層１０の上面に形成された複数個の上コイル層１２の金属薄膜により構成されて、図１（ｂ）（ｃ）の様に、隣接する下コイル層４と上コイル層１２とが接続されてコイルを構成している。
【００３７】
次に本発明の磁気センサ素子１ａの形状について説明をする。
本発明の磁気センサ素子１ａは、上述した様に、磁性コア材８（パーマロイ箔）が下絶縁層６上に形成され、この下絶縁層６と上絶縁層１０とにより絶縁されて、下コイル層４と上コイル層１２とがそれぞれ磁性コア材８に巻き回されて形成されたコイルを有する構成となっている。
【００３８】
そして、この下コイル層４と上コイル層１２とで形成される薄膜コイルに流れる電流をコイルの両端から印加することによって、パーマロイ箔である磁性コア材８の励磁が行われる。ここで、薄膜コイルが磁気センサ素子１ａの中央部（感磁部８ａ）に形成されているのは、その磁性コア材８の励磁が感磁部８ａのみ行われる様にするためである。また、図１（ｃ）における下絶縁層６の厚みは約１５μｍ程度、図１（ｄ）における磁性コア材８と上コイル層１２の間は５μｍ程度とすることができるため、薄膜コイルに流れる励磁電流は、磁性コア材８であるパーマロイ箔に有効に印加される。
【００３９】
また、ある一つの方向に一定の静磁界がある環境下で、磁気センサ素子１ａを一周回させたときの角度に対する磁気センサ素子１ａの出力は、その静磁界と平行に同じ向きにあるときに最大となり、逆向きにあるときに最小の正弦曲線を示すことが理想的な指向性を有する特性であるとされている。そこで、本発明の磁気センサ素子１ａでは、集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／１７とし、素子の指向性が劣化することなく、小型化においても十分に磁界（地磁気）を検出することができるようになる。
【００４０】
例えば、感磁部８ａのＸ方向の幅を６０μｍ、集磁部８ｂのＸ方向の幅を２０００μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／３５程度にすると、検出したい磁気センサ素子１ａがＹ方向以外からの磁界を拾ってしまい、指向性が劣化してしまう。更に、サイズ的にもＸ方向の専有面積が大きくなり、磁気センサ素子１ａの小型化の点で不利となる。それに対して、感磁部８ａを集磁部８ｂの断面積に対して１／３０よりも大きくすると、上述したＹ方向以外からの磁界を拾い難くなり、指向性の低下を極力抑えることが出来るようになる。
【００４１】
また、感磁部８ａのＸ方向の幅を６０μｍ、集磁部８ｂのＸ方向の幅を１８０μｍ程度とした場合、すなわち集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積を１／３程度にすると、磁界を検出するのに必要な磁束が感磁部８ａに流入しなくなる。それに対して、感磁部８ａを集磁部８ｂの断面積に対して１／５より小さくすることで、検出したい磁束が正常に感磁部８ａに流れるようになる。
【００４２】
以上の事項から、本発明における磁気センサ素子１ａの感磁部８ａの断面積は、集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０程度に設定することが好ましいことが判る。
【００４３】
この様に、本発明の構成によれば、集磁部８ｂに対して感磁部８ａは１／１７のサイズに設計され、集磁部８ｂが１０００μｍ程度の大きさとなっているため、地磁気程度の磁界を有効に集磁部８ｂで集め、感磁部８ａに収束することができるようになる。したがって、本発明の磁気センサ素子１ａは、小型でありながら地磁気を検出するのに十分な感度を得ることが可能となる。
【００４４】
また、本発明の構成によれば、コイルが下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルによって構成されており、従来の巻線方式とは異なる形態を有している。これにより、特に集磁部８ｂを幅広にした構成においても磁性コア材８を有効に励磁することができ、素子を小型化しても地磁気検出を実現することが可能となる。
【００４５】
更に、本発明の構成によれば、磁性コア材８として薄膜プロセスによるスパッタ、メッキで作成されたものではなく、パーマロイ箔を利用しており、小型化での地磁気検出を行うのに適した磁気特性を有するものとなる。
【００４６】
次に本発明の電子方位計について図面を用いて説明を行う。
図２は、本発明の磁気センサ素子１ａを３個用い、エポキシ基台３０上に実装して配置したときの概念を示した図面である。
【００４７】
図２に示す通り、本発明の電子方位計２０ａは、ｘ軸磁気センサ素子２４、ｙ軸磁気センサ素子２６、ｚ軸磁気センサ素子２８、これら磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ２２から構成される。各ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸磁気センサ素子２４，２６，２８は互いに９０度直交に配置されており、これらの出力を基に方位を演算することが可能となる。
【００４８】
そして、図示はしないが、各磁気センサ素子１ａの保護をするための樹脂を被せ、更に、これらの素子を載せたエポキシ基台３０に磁気センサ用ＩＣ２２を駆動するための電源端子、磁気センサ素子１ａで検出した磁界を出力するための出力端子などを構成することで、電子方位計２０ａのパッケージを得ることができる。この電子方位計２０ａは、ｚ軸磁気センサ素子２８の高さが７００μｍであるため、エポキシ基台３０の厚みを３００μｍ以下にすることによって、地磁気の検出が可能であり、かつ電子方位計２０ａの高さを１ｍｍ以下のサイズとすることが可能となる。
【００４９】
この様に、本発明の磁気センサ素子１ａを３個用いた電子方位計２０ａを構成することにより、この電子方位計２０ａを小型低背化でき、携帯情報端末に搭載が可能となる。
【００５０】
次に本発明の磁気センサ素子１ａの製造方法について図３を用いて詳細に説明を行う。
【００５１】
まず、シリコンウェハーの表面が約０．２μｍの酸化膜を有する非磁性基台２を用い、更にその表面に下コイル層４及び電極パッド１６となるＣｕ膜を所定の厚さでスパッタ或いはメッキにより非磁性基台２全面に形成する。
【００５２】
次に、下コイル層４と電極パッド１６として残す部位をレジストで覆い、レジストで覆われていない箇所をエッチングによって除去し、図３（ａ）に示す様に、所望の形状の下コイル層４と電極パッド１６を形成する。図中には簡易的に数ターンの薄膜コイルが示されているが、薄膜コイルの厚さは約２μｍ、幅５μｍ、ターン数は５０ターンとしている。
【００５３】
次に、図３（ｂ）に示す様に、下絶縁層６となる耐熱性が１５０℃程度であるエポキシ系接着シート材を、全面を覆って非磁性基台２の表面に貼り付ける。なお、本図面においては、図３（ａ）に示した下コイル層４と電極パッド１６が、ともに下絶縁層６によって被覆された状態を示したので、本図面には下コイル層４と電極パッド１６は示されていない。
【００５４】
次に、図３（ｃ）に示す様に、磁性コア材８であるパーマロイ箔をこの下絶縁層６上に載せ、約１．５ＭＰａの圧力で押さえつけながら約１５０℃、３０分加圧接着を施す。こ
のパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔として、水素雰囲気１１００℃に磁気焼鈍された厚さ１０μｍの箔を用いている。
【００５５】
なお、この磁性コア材８のパターン化（図１（ａ）に示したＨ型の形状）は、下コイル層４形成と同じように、パターンをレジストで覆った後、塩酸、硝酸、過酸化水素系のエッチング液で所定の形状にパターン形成して得る。この様にして形成された磁性コア材８の全体サイズは、Ｙ方向の幅（図１（ａ）参照）を７００μｍ、Ｘ方向の幅を１０００μｍで、中央の感磁部８ａにおけるＹ方向の幅を４００μｍ、Ｘ方向の幅を６０μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＹ方向の幅を１５０μｍ、Ｘ方向の幅を１０００μｍとしている。
【００５６】
更に、続けて図３（ｄ）に示す様に、下絶縁層６である接着シート材を酸素プラズマによりアッシング除去し、下絶縁層６もパーマロイ箔と同じ形状にパターン化する。これにより下コイル層４の端部は、上コイル層１２と接続するために開口する。
【００５７】
次に、上絶縁層１０形成のためのネガ型厚膜レジストを非磁性基台２の表面全面に均一になるようにスピンコートする。なお、このレジストの厚みは２０μｍを超えて形成されるため、一度にこのレジストを均一に塗布することは難しい。そのため、同一のレジスト材を２回に分けて塗布し、レジストの厚みが約２５μｍとなるように調整して設ける。続けて、下絶縁層６と磁性コア材８が覆われた上絶縁層１０を台形状にパターン化（図１（ｃ）（ｄ）参照）して、図４（ａ）に示す構造体を得ることができる。
【００５８】
更に、図４（ｂ）に示す様に、下コイル層４と接続をして磁性コア材８の外周に巻き回されたコイルを形成するために、上コイル層１２を形成する。ここでは、段差のエッジ部での配線切れの虞があるため、スパッタ装置の試料台には、自公転する機構があるものを用い、段差部にも上コイル層１２となる金属材料が成膜できる様にする。
【００５９】
まず、ターゲットと対向した試料保持用の治具に非磁性基台２のウェハーを取り付け、スパッタ膜が段差のエッジ部にも周り込む様に、ウェハー全面に数μｍのスパッタ膜を成膜する。次に上コイル層１２のパターンをフォトリソエッチング工程によって図４（ｂ）の構造体を得る。なお、上コイル層１２のパターン形成では、立体面上に均一にレジストをスプレー塗布し、投影露光によってパターンを得る方式を採用した。
【００６０】
ここで得られた構造体は、図１（ｂ）に示した通り、上コイル層１２が、下コイル層４と配線の端部で接続されており、段差エッジ部での配線切れが懸念されるが、上記の方法では自公転機構のスパッタ装置を利用することで、配線パターンを段差エッジ部にも容易に形成することが可能となる。
【００６１】
最後に、図４（ｃ）に示す様に、素子を保護するための保護層１４を形成し、本発明の磁気センサ素子１ａが完成する。なお、保護層１４には接続パッド１６の部分を開口しておくようにする。そして、他の電子回路にこの平行フラックスゲート型の磁気センサ素子１ａを実装して、前述した電子方位計２０ａ（図２参照）とすることができる。
【００６２】
以上の説明の如く、従来技術では、非磁性基台２の周回をコイルで巻回するマクロ的な作成方法であるのに対して、本発明では、磁性コア材８であるパーマロイ箔を非磁性基台２に貼り付けるマクロな作成プロセスと、このパーマロイ箔を貼り付けた非磁性基台２に薄膜コイルを作成するミクロな作成プロセスを併用した方法を適用した例を示した。そして、上記した本発明の製造方法を採用することによって、先に示した小型の磁気センサ素子１ａを製造することができ、それを複数個配置することで、携帯情報端末に搭載可能なサイズの電子方位計２０ａを提供することが可能となる。
【実施例２】
【００６３】
次に、本発明の第２の実施例について説明を行う。
図５（ａ）は、本発明の実施例２における磁気センサ素子１ｂの概念を示した上部平面図であり、同図（ｂ）は、この磁気センサ素子１ｂを２Ｃ方向から見たときの側面図である。また、同図（ｃ）は、上部平面図の２Ａ−２Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。さらに、同図（ｄ）は、上部平面図の２Ｂ−２Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００６４】
なお、本発明の磁気センサ素子１ｂは、実施例１と同様に、軟磁性体からなる磁性コア材８と、その外周に巻き回された下コイル層４と上コイル層１２とにより構成される薄膜コイルとによって基本的に構成されているが、図５（ｂ）に示す様に、集磁部８ｂの厚さが感磁部８ａの厚さよりも厚く構成されている点と、図５（ｃ）に示す様に、下絶縁層６が磁性コア材８よりもＸ方向に広く形成されている点が、先の実施例とは異なる。他の構成要件は、実施例１と同じであるので、ここでの詳細な説明は割愛する。
【００６５】
上述した様に、感磁部８ａの厚さに対して集磁部８ｂの厚さを厚くすることで、先に示した実施例１の効果に加えて、より小型な磁気センサ素子１ｂとすることができる。つまり、この素子が感磁部８ａにてセンシングするのは、感磁部８ａの断面積に起因し、集磁部８ｂの断面積は特に影響しないからであり、本構成であっても十分に磁気センサ素子として機能する。
【００６６】
この様に、厚さを変えて、集磁部８ｂの断面積を感磁部８ａの断面積よりも大きく構成することで、先に実施例１に示した構成に比べて、図４に示す磁気センサ素子１ｂのＸ方向をより小型にできる。
【００６７】
さらに、下絶縁層６のＸ方向のサイズを磁性コア材８よりも大きく形成することで、下コイル層４と接続をし、かつ下絶縁層６と磁性コア材８へ乗り上げる、上コイル層１２の段差部における断線を極力抑えることができる様になる。
【００６８】
この様に、上記構成では、集磁部８ｂを感磁部８ａに比べて厚みを大きくしているが、実施例１と同様に、集磁部８ｂの断面積に対して感磁部８ａの断面積が１／１７に設計されているので、磁界検出における指向性は劣化することなく、素子サイズを小型化したとしても、十分に磁界（地磁気）を検出することができるようになる。
【００６９】
なお、本実施例の場合も、磁気センサ素子１ｂの感磁部８ａは、集磁部８ｂの断面積に対して１／５〜１／３０程度になるように設計する必要がある。
【００７０】
次に、本発明の磁気センサ素子１ｂの製造方法について図６を用いて詳細に説明を行う。
【００７１】
まず、図６（ａ）図６（ｂ）に示す様に、非磁性基台２には、実施例１と同じ様に下コイル層４と電極パッド１６及び下絶縁層６の形成する。また、下絶縁層６の表面への磁性コア材８の貼り付けも、図６（ｃ）に示す様に、実施例１と同様に行う。ここで用いる磁性コア材８は、実施例１と同様にパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔であるが、水素雰囲気１１００℃に磁気焼鈍された厚さ２０μｍの箔を用いている。
【００７２】
さらに、図６（ｄ）に示すパーマロイ箔のパターン化（感磁部８ａの厚みを集磁部８ｂの厚みよりも薄くする方法）は、２回のエッチング処理により形成する。まず、Ｘ方向（図５（ａ）参照）の幅が７００μｍ、Ｙ方向の幅が５００μｍであり、中央の感磁部８ａにおけるＸ方向の幅が４００μｍ、Ｙ方向の幅が６０μｍ、端部の集磁部８ｂにおけるＸ
方向の幅が１５０μｍ、Ｙ方向の幅が５００μｍとなる様に、塩酸、硝酸、過酸化水素系のエッチング液で、パーマロイ箔の外形を図５（ａ）に示す形状にパターン形成する。
【００７３】
次に、マスクとして用いたレジストを剥離した後、感磁部８ａのみが開口するように再度磁性コア材８の表面をレジストで覆い、感磁部８ａをエッチングする第二のエッチング処理を行い、この感磁部８ａの厚みが１０μｍとなる様にパターン形成する。なお、前述した手法のみならず、感磁部８ａの厚みを集磁部８ｂの厚みよりも薄くする方法として、段差レジスト予め形成して、感磁部８ａと集磁部８ｂのエッチング開始の時間差を生じさせて、目的の形状の磁性コア材８を形成する手法を用いても構わない。
【００７４】
次に、下絶縁層６の外形パターンを形成する。下絶縁層６は、実施例１においては磁性コア材８の外形と同じになるようにパターンを形成したが、ここでは、磁性コア材８の外形パターンより若干大きく、また下コイル層４と後に形成する上コイル層１２の接続部が開口する様に下絶縁層６のパターンを形成する。
【００７５】
具体的には、磁性コア材８が覆われ、かつ上コイル層１２と下コイル層４とが接続する箇所のみが開口する様に、まずマスクとなるレジストを非磁性基台２表面に形成する。次に、酸素プラズマによるアッシング除去を行うことで、図７の（ａ）に示す下絶縁層６を得る。なおこの工程で、下絶縁層６が、磁性コア材８よりも大きく、かつ下コイル４が形成された領域を全て覆う形態である場合には、下コイル４を露出させる必要がある箇所のみに、開口部を設けても構わない。
【００７６】
更に図７（ｂ）に示す様に、ポジ型のレジストを用いて、磁性コア材８が全て覆われる様に上絶縁層１０を形成する。このとき、上絶縁層１０の段差は２０μｍ程度となる。また、下絶縁層６を図５（ｃ）（ｄ）に示した形状にして段差部を階段状にすることができ、これにより、上述した様にこれに乗り上げて形成される上コイル層１２の断線、または磁性コア材８と上コイル層１２とのショートを極力抑えることができる様になる。
【００７７】
そして、図７（ｃ）に示す様に、上コイル層１２を実施例１と同様に形成する。その形成方法は、実施例１で説明をしたスパッタとエッチングを組み合わせた方法により行っても良いし、フレームメッキ法を利用しても良い。以下の説明はフレームメッキ法による上コイル層１２の形成方法を示す。
【００７８】
まず、メッキの下地電極となるＣｕ膜を図７（ｂ）に示す構造体の表面全面に数百Åから数千Å程度スパッタリング法により形成する。そして、ここで行われる上コイル層１２の配線パターニングは、段差部を含めて高低差が２０μｍを超えてしまうため、上コイル層１２の配線の幅を揃えることが難しい。そこで、ここでは厚膜のエポキシ系レジスト材料を用いてパターニングを行う手法を採用した。なお、フォトリソ工程にて露光するときに、マスクとのコンタクトができるだけ全面均一となることが好ましく、段差部を緩和し、かつ空気溜まりを生じない様に均一にレジストを塗布することが肝要である。
【００７９】
この空気溜まりが生じさせないためには、レジスト材料の溶剤となる有機溶媒を表面に薄くなじませた後に、レジストを塗布すれば良い。そして、基板表面の全面に設けられたＣｕ膜から上コイル層１２の配線パターンを形成した後、電解Ｃｕメッキを施して、約２μｍの厚さになるようにコントロールして形成する。その後、残存させるパターン以外の下地共通電極（電解メッキで用いた電極）をエッチングにより除去し、図７（ｃ）に示した構造体を得ることができる。
【００８０】
上記工程を経て、磁性コア材８が下絶縁層６と上絶縁層１０とを介して、上コイル層１２と下コイル層４とで挟まれた形態となる。なお、前述した通り、下絶縁層６を磁性コア
材８よりも大きく形成しているので、上絶縁層１０の端部は、傾斜勾配を有する構成となり、これら一連のプロセスにおいて上コイル層１２の配線が断線してしまうことを抑止することができる。
【００８１】
最後に、図７（ｄ）に示す様に、素子を保護するために保護膜１４を形成して、磁気センサ素子１ｂが完成する。なお、実施例１と同様に、保護層１４は接続パッド１６の部分を開口しておくようにする。これにより電子方位計２０ａ（図２参照）として他の回路基板に実装して、携帯情報端末に搭載することが出来るようになる。
【実施例３】
【００８２】
次に、本発明の第３の実施例について説明を行う。
図８（ａ）は、本発明の実施例３における磁気センサ素子３ｃの概念を示した上部平面図であり、同図（ｂ）は、上部平面図を３Ｃ方向から見たときの側面図である。また、同図（ｃ）は、上部平面図の３Ａ−３Ａ断面を示した図であり、下コイル層４が形成されている箇所の断面を示している。さらに、同図（ｄ）は、上部平面図の３Ｂ−３Ｂ断面を示した図であり、上コイル層１２が形成されている箇所の断面を示している。
【００８３】
なお、本図面に示す本発明の磁気センサ素子１ｃは、実施例１及び２と同様、磁性コア材８と、その外周に巻き回された下コイル層４と上コイル層１２とからなる薄膜コイルによって基本的に構成されている。そして、図８（ｂ）に示す下絶縁層６に、実施例１で用いたエポキシ系接着シート材に代えて、耐熱性が３００℃程度のポリイミド等の有機絶縁コート層を用いている点のみが、先の実施例と異なっている。
【００８４】
上記構成要件を実施例１に示した構成例に新たに加えることで、下絶縁層６の厚みを薄くできる。そのため、上絶縁層１０により形成される段差部をさらに小さくすることが出来るようになる。したがって、本構成を採用することにより、より容易に上コイル層１２のパターン化ができる様になる。また、磁性コア材８と薄膜コイルとのギャップをより狭くできるために、薄膜コイルに流れる電流をより有効に励磁に利用することができる。
【００８５】
また、図８（ｃ）（ｄ）により、下絶縁層６の厚み、及びパーマロイ箔からなる磁性コア材８と上コイル層１２との間も数μｍ程度とすることができるため、薄膜コイルに流れる励磁電流は、より有効に磁性コア材８であるパーマロイ箔に印加することができる。よって、薄膜コイルのターン数の減少、或いは励磁電流を更に少なくすることができ、実施例１の効果に併せて、消費電流を更に少なくできるという効果を奏する。
【００８６】
次に本発明の電子方位計２０ｂについて図面を用いて説明を行う。
図９は、本発明の磁気センサ素子１ｃを２個用い、エポキシ基台３０上に実装した２軸磁気センサである電子方位計２０ｂの概念を示した斜視図である。
【００８７】
図２で示した３軸磁気センサである電子方位計２０ａに代えて、本図面に示す電子方位計２０ｂは、ｘ軸磁気センサ素子２４、ｙ軸磁気センサ素子２６、これら磁気センサ素子を駆動するための磁気センサ用ＩＣ２２から構成される。ｘ軸、ｙ軸磁気センサ素子２４，２６のそれぞれは、互いに９０度直交に配置されており、これらの出力を基に方位を演算することが可能となっている。
【００８８】
また、ここでは図示しないが、この図９で示される構成に、各磁気センサ素子１ｃの保護をするための樹脂を被せ、更にこれらの素子を載せたエポキシ基台３０に磁気センサ用ＩＣ２２を駆動するための電源端子、磁気センサ素子１ｃで検出した磁界を出力するための出力端子などを構成することで、電子方位計２０ｂのパッケージを得ることができる。この電子方位計２０ｂは、ｘ、ｙ軸磁気センサ素子２４，２６の大きさが１ｍｍ角程度で
あるため、平面での占有面積を従来のものよりも小さくすることができる。
【００８９】
次に、本発明の磁気センサ素子１ｃの製造方法について図１０を用いて詳細に説明を行う。
【００９０】
まず、図１０（ａ）に示す様に、非磁性基台２上に設ける下コイル層４及び電極パッド１６の形成を、実施例１及び２と同様に行う。
【００９１】
次に、図１０（ｂ）に示す様に、下絶縁層６となるポリイミドを表面が均一になるようにスピンコートする。そして、図１０（ｃ）に示す様に、ポリイミド材中の溶剤を蒸発させた後、パーマロイ箔を上に載せ、約１．５ＭＰａの圧力で押さえつけながら約３００℃、３０分加圧接着し、図１０（ｄ）に示す様に、エッチングにより所定の形状の磁性コア材８を得る。なおここで用いた磁性コア材８は、実施例１と同様にパーマロイ（８０％Ｎｉ−５％Ｍｏ−Ｆｅ）箔である。
【００９２】
その後の工程も、実施例１及び２と同様であり、図１１（ａ）に示す様に、上絶縁層１０、図１１（ｂ）に示す様に、上コイル層１２、図１１（ｃ）に示す様に、保護層１４をそれぞれ形成し、本発明の磁気センサ素子１ｃを得ることができる。
【００９３】
なお、実施例１から３に示した本発明の磁気センサ素子１ａ〜１ｃにおける感磁部８ａのＸ方向の幅は、６０μｍでなくとも良く、６０μｍからプラスマイナス数十μｍ程度であれば任意の値に設定することが可能である。但し、この幅を大きくした場合には、この磁気センサ素子により得られる検出パルスも大きくなるため、それに適した回路の最適化をする必要がある。
【００９４】
また、先にも示した様に、感磁部８ａのＸ方向の幅は、集磁部８ｂの幅に対して１／３０〜１／５となる様に設定することが重要である。これは、指向性が劣化することなく、かつ十分に集磁部８ｂで外部の磁界を吸い上げて感磁部８ａに磁束を集めるためである。
【００９５】
さらに、先の実施例では、感磁部８ａの厚みを１０μｍとした例を示したが、この感磁部８ａの厚みはできるだけ薄い方が好ましい。但し、あまりに薄くし過ぎると、取り扱いをする際に、折り曲げなどによる加工歪みが発生しやすく、磁気特性が劣化してしまう虞がある。一方、感磁部８ａ厚くしすぎると、励磁周波数の表皮厚さよりも厚みが厚くなり、急峻な磁化反転が起こりにくくなる。よって、感磁部８ａの厚みによって検出能力が低下してしまう虞があるため、励磁するための電流設定値に基づき、感磁部８ａの透磁率が低下しない適切な厚みと励磁周波数を選択して形成すれば良い。
【００９６】
またさらに、上記の実施例においては、説明を簡便とする為に図１、図５、図８のＣ方向から見た場合に、薄膜コイルの配線パターンが上コイル層１２と下コイル層４でずれている形態を示して説明を行ったが、それに限定されるものではない。この構成で薄膜コイルのパターンを形成すると、感磁部８ａに施せる薄膜コイルのターン数が減少してしまい、実際に小型の磁気センサ素子１ａ〜１ｃを構成する上で好ましくない。したがって、この様な問題は、薄膜コイルの配線や接続部のパターンを変えることによって、容易にずれ量を縮小することが可能となる。またそのために、上コイル層１２を下コイル層４と多少斜めに配線パターンを形成することによって、上記問題を解消することも可能である。
【００９７】
またさらに、本発明の磁気センサ素子の１ａ〜１ｃでは、電極パッド１６を下コイル層４と同じ平面上に形成した例を示したが、これに限定されるものでなく、例えば、上コイル層１２と同じ平面上で、かつ集磁部８ｂの上に積層されて、上絶縁層１０上に形成しても構わない。
【００９８】
またさらに、説明を分かりやすくするために、各図面において接続パッド１６を大きくして明記したが、後の実装が行える様なサイズであれば、より小さくすることも可能である。これにより、Ｘ方向の磁気センサ素子１ａ〜１ｃのサイズを更に小さくすることも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の基本構成における磁気センサ素子の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における１Ａ−１Ａ断面図、上部平面図における１Ｂ−１Ｂ断面図を示した図面である。（実施例１）
【図２】本発明の電子方位計の概念を示した斜視図である。（実施例１）
【図３】本発明の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例１）
【図４】図３の続きの工程を示す図面である。（実施例１）
【図５】本発明の磁気センサ素子の他の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における２Ａ−２Ａ断面図、上部平面図における２Ｂ−２Ｂ断面図を示した図面である。（実施例２）
【図６】本発明の他の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例２）
【図７】図６の続きの工程を示す図面である。（実施例２）
【図８】本発明の磁気センサ素子のさらに他の構成例を示す上部平面図、側面図、上部平面図における３Ａ−３Ａ断面図、上部平面図における３Ｂ−３Ｂ断面図を示した図面である。（実施例３）
【図９】本発明の電子方位計の概念を示した斜視図である。（実施例３）
【図１０】本発明のさらに他の磁気センサ素子の製造工程を示した図面である。（実施例３）
【図１１】図１０の続きの工程を示す図面である。（実施例３）
【図１２】従来の磁気センサ素子の概念を示した図である。
【図１３】従来の電子方位計の概念を示した図である。
【符号の説明】
【０１００】
１ａ〜１ｃ 磁気センサ素子
２ 非磁性基台
４ 下コイル層
６ 下絶縁層
８ 磁性コア材
８ａ 感磁部
８ｂ 集磁部
１０ 上絶縁層
１２ 上コイル層
１４ 保護膜
１６ 電極パッド
２０ａ〜２０ｂ 電子方位計
２２ 磁気センサ用ＩＣ
２４ ｘ軸磁気センサ素子
２６ ｙ軸磁気センサ素子
２８ ｚ軸磁気センサ素子
３０ エポキシ基台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、前記感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、
前記磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、
前記薄膜コイルは、前記下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、前記上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する前記下コイル層と前記上コイル層とがそれぞれ接続されてコイルを構成していることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記感磁部の断面積が前記集磁部の断面積の１／５〜１／３０となる様に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記集磁部は、前記感磁部に対して厚みを厚くして形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記上絶縁層が、所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ素子を、少なくとも２個以上用いて非磁性基台上に配設されてなることを特徴とする電子方位計。
【請求項６】
両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、前記感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子の製造方法であって、
表面が絶縁された非磁性基台上に複数個の下コイル層と接続パッドを形成する工程と、
前記下コイル層の少なくとも一部を被覆した前記下絶縁層を形成する工程と、
前記下絶縁層の表面に所定の形状の前記磁性コア材を配設する工程と、
前記磁性コア材の表面に上絶縁層を形成する工程と、
前記上絶縁層の表面に、前記下コイル層と接続して、前記磁性コア材の外周に巻き回してコイルとするための複数個の上コイル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。
【請求項７】
前記下絶縁層を形成する工程は、下コイル層を全て覆って前記下絶縁層を形成するとともに、前記下コイル層と前記上コイル層との接続をするための開口部を設ける工程であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【請求項８】
前記下絶縁層を前記磁性コア材の形状よりも幅広く形成して、前記下絶縁層と前記磁性コア材とにより段差を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【請求項９】
前記磁性コア材を配設する工程が、前記磁性コア材の外形形状をエッチングする工程と、前記磁性コア材の前記感磁部が形成される領域を前記集磁部よりも薄くして形成する工程であることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【請求項１】
両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、前記感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子であって、
前記磁性コア材の上面および下面にそれぞれ上絶縁層と下絶縁層とを配し、
前記薄膜コイルは、前記下絶縁層の下面に形成された複数個の下コイル層の金属薄膜と、前記上絶縁層の上面に形成された複数個の上コイル層の金属薄膜により構成されて、隣接する前記下コイル層と前記上コイル層とがそれぞれ接続されてコイルを構成していることを特徴とする磁気センサ素子。
【請求項２】
前記感磁部の断面積が前記集磁部の断面積の１／５〜１／３０となる様に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の磁気センサ素子。
【請求項３】
前記集磁部は、前記感磁部に対して厚みを厚くして形成されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気センサ素子。
【請求項４】
前記上絶縁層が、所定の角度の傾斜面を有していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の磁気センサ素子。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一項に記載の磁気センサ素子を、少なくとも２個以上用いて非磁性基台上に配設されてなることを特徴とする電子方位計。
【請求項６】
両端に集磁部を、その両端の集磁部の間に感磁部を有し、軟磁性体からなる磁性コア材と、前記感磁部の周囲に巻回された薄膜コイルとを有する平行フラックスゲート型の磁気センサ素子の製造方法であって、
表面が絶縁された非磁性基台上に複数個の下コイル層と接続パッドを形成する工程と、
前記下コイル層の少なくとも一部を被覆した前記下絶縁層を形成する工程と、
前記下絶縁層の表面に所定の形状の前記磁性コア材を配設する工程と、
前記磁性コア材の表面に上絶縁層を形成する工程と、
前記上絶縁層の表面に、前記下コイル層と接続して、前記磁性コア材の外周に巻き回してコイルとするための複数個の上コイル層を形成する工程と、
を有することを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。
【請求項７】
前記下絶縁層を形成する工程は、下コイル層を全て覆って前記下絶縁層を形成するとともに、前記下コイル層と前記上コイル層との接続をするための開口部を設ける工程であることを特徴とする請求項６に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【請求項８】
前記下絶縁層を前記磁性コア材の形状よりも幅広く形成して、前記下絶縁層と前記磁性コア材とにより段差を形成することを特徴とする請求項６または７に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【請求項９】
前記磁性コア材を配設する工程が、前記磁性コア材の外形形状をエッチングする工程と、前記磁性コア材の前記感磁部が形成される領域を前記集磁部よりも薄くして形成する工程であることを特徴とする請求項７または８に記載の磁気センサ素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２００６−２３４６１５（Ｐ２００６−２３４６１５Ａ）
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０４７３（Ｐ２００５−５０４７３）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月７日（２００６．９．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００００１９６０）シチズン時計株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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